CN113278328A - 石墨烯表面功能材料及其制备方法、陶瓷基复合材料及其制备方法 - Google Patents

石墨烯表面功能材料及其制备方法、陶瓷基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及厨房防水防油技术领域,特别是涉及石墨烯表面功能材料,包括按照质量份数计的以下组份:线性低密度聚乙烯68‑70份,聚丙烯30‑32份,纳米二氧化硅7.5‑8.5份,透明粉10‑12份、分散剂1.1‑2.3份,稳定剂2‑3份、偶联剂3‑3.5份,膨胀型阻燃剂18‑20份、石墨烯1‑3份。陶瓷基复合材料,表面覆盖有前述的石墨烯表面功能材料涂层。本发明具有良好的防水防油的效果,利用石墨烯不亲水不亲油性能,防止油污与水珠的附着,提升了厨房间的防污性能。

Description

石墨烯表面功能材料及其制备方法、陶瓷基复合材料及其制 备方法
技术领域
本发明涉表面功能材料技术领域,特别是涉及石墨烯表面功能材料、陶瓷基复合材料及它们的制备方法。
背景技术
人们生活的一日三餐离不开厨房,厨房由于是洗菜、洗碗、炒菜、煮饭的地方,其灶台和墙壁很容易产生油污以及潮湿,这不仅给人们的清理带来了困难,同时也很容易滋生细菌,影响人们的身体健康,因此,厨房防水、防潮湿、防油污成了人们需要解决的问题。
目前市面上出现的防水防油的涂层材料,在使用的过程中发现,起防水防油作用的主要是氟素防水防油剂、氟碳防水防油剂或全氟防水防油剂中的一种或几种组合。含氟防水防油剂是一种持久性强、分解极难、有致癌性的有机化合物,被生物摄入之后,很难被排除,具有生物积累性。
现有技术的耐磨程度有待提高,尤其是厨房中,桌面、烹饪柜台面经常与陶瓷、玻璃等硬度较大的器具接触,容易磨损,存在改进空间。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足,本发明提供了石墨烯表面功能材料、陶瓷基复合材料及它们的制备方法,可以增加灶台和厨房墙壁的防水和防油性能。
为了实现上述目的,本发明的具体技术方案如下:
1.石墨烯表面功能材料,其特征在于;包括按照质量份数计的以下组份:线性低密度聚乙烯68-70份,聚丙烯30-32份,纳米二氧化硅7.5-8.5份,透明粉10-12份、分散剂1.1-2.3份,稳定剂2-3份、偶联剂3-3.5份,膨胀型阻燃剂18-20份、石墨烯1-3份;
进一步的、所述分散剂采用十二烷基硫酸钠和聚乙烯吡咯烷酮。
更进一步的、所述聚乙烯吡咯烷酮与十二烷基硫酸钠的质量比例为1:2。
进一步的、所述稳定剂采用丁基硫醇锡。
进一步的、所述稳定剂采用双丁基氧化锡。
进一步的、所述偶联剂采用单烷氧基钛酸酯偶联剂。
进一步的、所述膨胀型阻燃剂采用聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺。
石墨烯表面功能材料制备方法,其特征在于:
预备按照质量份数计的以下组份:线性低密度聚乙烯68-70份,聚丙烯30-32份,纳米二氧化硅7.5-8.5份,透明粉10-12份、分散剂1.1-2.3份,稳定剂2-3份、偶联剂3-3.5份,膨胀型阻燃剂18-20份、石墨烯1-3份;
步骤1,将纳米二氧化硅、透明粉加入至球磨机中,接着加入无水乙醇进行湿法球磨2-3h,然后烘干得到纳米混合料;所述无水乙醇的加入量是纳米二氧化硅质量的30-50倍,湿法球磨的温度为40-50℃;
步骤2,将线性低密度聚乙烯、聚丙烯、分散剂和稳定剂依次加入至纳米混合料中,搅拌至完全均匀后进行密封加热搅拌反应1-3h,得到粘稠树脂液;所述搅拌的搅拌速度为500-700r/min,密封加热反应的加热温度为80-100℃;
步骤3,将偶联剂加入至粘稠树脂液中加热搅拌至完全混合,然后静置加热反应2-4h,得到粘稠涂层液;所述加热搅拌的温度为30-50℃,搅拌速度为500-700r/min,所述静置加热反应的温度为100-120℃;
步骤4,将阻燃剂加入粘稠涂层液加热搅拌至完全混合,所述加热搅拌的温度为150-200℃,搅拌速度为350r/min,搅拌时间为3-5分钟;最后加入石墨烯加热搅拌,加热搅拌的温度为150-200℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为3-5分钟;形成石墨烯表面功能材料备用物料。
使石墨烯表面功能材料备用物料维持在120-160度,备用。
陶瓷基复合材料,基材是陶瓷,表面覆盖有前述的石墨烯表面功能材料制备方法所制备的石墨烯表面功能材料备用物料涂层。
陶瓷基复合材料的制作方法,
预备物料如下:陶瓷基材、权力要求9制备的石墨烯表面功能材料备用物料、模具、喷涂设备;
预先将石墨烯表面功能材料备用物料装入喷涂设备;
操作步骤如下:
步骤1、将陶瓷基材放置在模具内;
步骤2、使模具温度维持在50-80℃;
步骤3、将石墨烯表面功能材料备用物料喷射到需要保护的陶瓷基材表面,喷嘴温度为150-250℃、注射压力为50-300MPa;
步骤4、使物料在模具中冷却,冷却速度为15-40℃/min。
本发明的有益效果在于:
石墨烯具有独特的片层状结构,层层叠加形成致密的物理隔绝层,使得石墨烯制备得到的石墨烯表面功能材料具有较好的防水防油作用,再加上石墨烯具有优异的力学性能,使得涂层具有较好的力学强度及耐磨性,为石墨烯表面功能材料的使用寿命提供了保障。
线性低密度聚乙烯,具有良好的耐低温性、耐老化和柔韧性,但是存在耐热性和刚性较差等问题。聚丙烯具有良好的刚性,也具有耐热性和化学稳定性,能够在长期使用环境下保持稳定的薄膜层结构,但是存在易老化等问题。本方案将线性低密度聚乙烯和聚丙烯按照7:3质量比例混合,共混物冲击强度可达到纯聚丙烯的20倍,加入稳定剂能够起到改性效果,利用钛酸酯结构提升价键连接,并且单烷氧基钛酸酯偶联剂能够将纳米二氧化硅和透明粉与树脂形成连接效果,同样起到改性效果。线性低密度聚乙烯制成的薄膜浊度和光泽度不是很好,主要是因为更高结晶性造成了薄膜表面粗糙度,可通过与少量的聚丙烯共混而改善透明度。
透明粉是一种非金属矿物,透明度高,白度好,无毒无味,耐酸耐腐蚀,具有高透明性,透明粉本身的折光率与绝大多数合成树脂的折光率非常接近,所以透明粉的填量不影响成品的透明度,能提高产品的表面光滑性和耐磨耐刮性,低吸油量:填充量大,有利于降低产品的制造成本。
丁基硫醇锡在本身具有良好的透明性和热稳定性能,能够在不影响涂层透明度的情况下,对树脂起到稳定作用,同时丁基硫醇锡本身存在光稳定性差的问题,通过二氧化硅的反射,保证在光照条件下丁基硫醇锡的稳定性。
双丁基氧化锡具有热稳定性及抗水解性,具有良好的稳定性,且呈中性,无腐蚀作用,并且在整个反应体系能够形成稳定的分散体系,能够形成三系分散体系。
单烷氧基钛酸酯偶联剂能够将纳米二氧化硅和透明粉连接,在聚丙烯树脂上,具有良好的化学结合,能够确保其就有良好的连接稳定性,解决了长期使用后老化问题。
膨胀型阻燃剂,具有优良的阻燃性能,且低烟、低毒、无腐蚀性气体产生。
附图说明
图1为测试用陶瓷基材的示意图。
图2为图1的剖面F的示意图。
图3为图1的剖面E的示意图。
图4为测试用物料a、测试用物料b、测试用物料c、将对比料d的物理性质比较图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
实验目的:制备并对比不同质量份数石墨烯配比的石墨烯表面功能材料的防水防油性能。
所需物质材料的质量配方如下:线性低密度聚乙烯70份,聚丙烯30份,纳米二氧化硅8份,透明粉12份、分散剂2份,稳定剂2份、偶联剂3份,膨胀型阻燃剂20份。
所述分散剂采用十二烷基硫酸钠和聚乙烯吡咯烷酮,所述聚乙烯吡咯烷酮与十二烷基硫酸钠的质量比例为1:2。
所述稳定剂采用丁基硫醇锡。
所述偶联剂采用单烷氧基钛酸酯偶联剂。
所述膨胀型阻燃剂采用聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺。
所述石墨烯表面功能材料的制备方法如下:
步骤1,将纳米二氧化硅、透明粉加入至球磨机中,接着加入无水乙醇进行湿法球磨2h,然后烘干得到纳米混合料;所述无水乙醇的加入量是纳米二氧化硅质量的30倍,湿法球磨的温度为50℃;
步骤2,将线性低密度聚乙烯、聚丙烯、分散剂和稳定剂依次加入至纳米混合料中,搅拌至完全均匀后进行密封加热搅拌反应2h,得到粘稠树脂液;所述搅拌的搅拌速度为600r/min,密封加热反应的加热温度为80℃;
步骤3,将偶联剂加入至粘稠树脂液中加热搅拌至完全混合,然后静置加热反应3h,得到粘稠涂层液;所述加热搅拌的温度为50℃,搅拌速度为600r/min,所述静置加热反应的温度为100℃;将膨胀型阻燃剂加入粘稠涂层液加热搅拌至完全混合,所述加热搅拌的温度为200℃,搅拌速度为350r/min;制成实验初料。
步骤4,将前述步骤制备的实验初料分成4等份;分别命名为预料1、预料2、预料3、预料4;
步骤5、
在预料1中加入石墨烯四分之一份,加热搅拌的温度为200℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为5分钟;形成测试用物料a;
在预料2中加入石墨烯四分之二份,加热搅拌的温度为200℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为5分钟;形成测试用物料b;
在预料3中加入石墨烯四分之三份,加热搅拌的温度为200℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为5分钟;形成测试用物料c;
将预料4,加热搅拌的温度为200℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为5分钟;形成测试对比料d。
测试用物料a、测试用物料b、测试用物料c、将对比料d维持在120度,备用。
步骤6、预备一片测试用陶瓷基材,模具、四个喷涂设备;将陶瓷基材板材放置在模具内;
测试用陶瓷基材具有田字型格子(参见图1、图2、图3);对各个格子就行标记,分别标记为格子1、格子2、格子3、格子4;
将陶瓷基材放置在模具内,使模具温度维持在50-80℃;
将测试用物料a、测试用物料b、测试用物料c、将对比料d分别独立装如同型号的喷涂设备;
将测试用物料a喷涂在格子1的内腔底部,喷嘴温度为250℃、注射压力为300MPa;
将测试用物料b喷涂在格子2的内腔底部,喷嘴温度为250℃、注射压力为300MPa;
将测试用物料c喷涂在格子3的内腔底部,喷嘴温度为250℃、注射压力为300MPa;
将对比料d喷涂在格子4的内腔底部,喷嘴温度为250℃、注射压力为300MPa;
步骤7、使陶瓷基材、测试用物料a、测试用物料b、测试用物料c、将对比料d在模具中冷却到25度,冷却速度为15℃/min。。
在相同条件下使用技术标准的测试方法测试四个格子中测试用物料a、测试用物料b、测试用物料c、将对比料d物理性质,并记录数据,其结果示于附图4所示的表1并进行比较。
本发明具有良好的防水防油效果,利用石墨烯的不亲水不亲油性能,防止油污与水珠的附着,提升了防污性能,应用于厨房墙壁及灶台,不仅具有较好的防水、还具有较好的防油污性能,可以轻松除去厨房间墙壁表面的油污,大大降低了除油污的难度,同时有效防止水、油渗入墙体,滋生对人体有害的细菌,具有较好的应用价值,且本发明制备方法简单、实施方便,反应条件温和,适合工业化生产。

Claims (10)

1.石墨烯表面功能材料,其特征在于:包括按照质量份数计的以下组份:线性低密度聚乙烯68-70份,聚丙烯30-32份,纳米二氧化硅7.5-8.5份,透明粉10-12份、分散剂1.1-2.3份,稳定剂2-3份、偶联剂3-3.5份,膨胀型阻燃剂18-20份、石墨烯1-3份。
2.如权利要求书1所述的一种基于石墨烯的石材表面保护用的纳米石墨烯表面功能材料,其特征在于:所述分散剂采用十二烷基硫酸钠和聚乙烯吡咯烷酮。
3.如权利要求书2所述的一种基于石墨烯的石材表面保护用的纳米石墨烯表面功能材料,其特征在于:所述聚乙烯吡咯烷酮与十二烷基硫酸钠的质量比例为1:2。
4.如权利要求书1所述的一种基于石墨烯的石材表面保护用的纳米石墨烯表面功能材料,其特征在于:所述稳定剂采用丁基硫醇锡。
5.如权利要求书1所述的一种基于石墨烯的石材表面保护用的纳米石墨烯表面功能材料,其特征在于:所述稳定剂采用双丁基氧化锡。
6.如权利要求书1所述的一种基于石墨烯的石材表面保护用的纳米石墨烯表面功能材料,其特征在于:所述偶联剂采用单烷氧基钛酸酯偶联剂。
7.如权利要求书1所述的一种基于石墨烯的石材表面保护用的纳米石墨烯表面功能材料,其特征在于:所述膨胀型阻燃剂采用聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺。
8.石墨烯表面功能材料制备方法,其特征在于:
预备按照质量份数计的以下组份:线性低密度聚乙烯68-70份,聚丙烯30-32份,纳米二氧化硅7.5-8.5份,透明粉10-12份、分散剂1.1-2.3份,稳定剂2-3份、偶联剂3-3.5份,膨胀型阻燃剂18-20份、石墨烯1-3份;
步骤1,将纳米二氧化硅、透明粉加入至球磨机中,接着加入无水乙醇进行湿法球磨2-3h,然后烘干得到纳米混合料;所述无水乙醇的加入量是纳米二氧化硅质量的30-50倍,湿法球磨的温度为40-50℃;
步骤2,将线性低密度聚乙烯、聚丙烯、分散剂和稳定剂依次加入至纳米混合料中,搅拌至完全均匀后进行密封加热搅拌反应1-3h,得到粘稠树脂液;所述搅拌的搅拌速度为500-700r/min,密封加热反应的加热温度为80-100℃;
步骤3,将偶联剂加入至粘稠树脂液中加热搅拌至完全混合,然后静置加热反应2-4h,得到粘稠涂层液;所述加热搅拌的温度为30-50℃,搅拌速度为500-700r/min,所述静置加热反应的温度为100-120℃;
步骤4,将阻燃剂加入粘稠涂层液加热搅拌至完全混合,所述加热搅拌的温度为150-200℃,搅拌速度为350r/min,搅拌时间为3-5分钟;最后加入石墨烯加热搅拌,加热搅拌的温度为150-200℃,搅拌速度为200r/min,搅拌时间为3-5分钟;形成石墨烯表面功能材料备用物料。
9.陶瓷基复合材料,基材是陶瓷,其特征在于:表面覆盖有权利要求8所述的石墨烯表面功能材料制备方法所制备的石墨烯表面功能材料备用物料涂层。
10.陶瓷基复合材料的制作方法,其特征在于:
预备物料如下:陶瓷基材、权利要求8制备的石墨烯表面功能材料备用物料、模具、喷涂设备;
使石墨烯表面功能材料备用物料维持在120-160度,备用;
预先将石墨烯表面功能材料备用物料装入喷涂设备;
操作步骤如下:
步骤1、将陶瓷基材放置在模具内;
步骤2、使模具温度维持在50-80℃;
步骤3、将石墨烯表面功能材料备用物料喷射到需要保护的陶瓷基材表面,喷嘴温度为150-250℃、注射压力为50-300MPa;
步骤4、使物料在模具中冷却,冷却速度为15-40℃/min。
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